毕业设计（论文）-机械手的PLC控制.doc

在此处键入 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目： 机械手 PLC 控制系统 系 别： 机电系 专 业： 现代控制 班 级： 现代控制 2 班 学生姓名： 李航 指导教师： 王傲胜 完成日期： 在此处键入 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 班 级学生姓名指导教师 设计（论文）题目 主要 研究 内容 主要技 术指标 或研究 目标 基本 要求 主要参 考资料 及文献 【1】胡晓明主编电气控制及 PLC机械工业出版社 2006 【2】程周主编PLC 技术与应用 福建科学技术出版社 2004 【3】李中年主编控制电气及应用清华大学出版社 2006 【4】刘美俊编著通用变频器应用技术福建科学技术出版社 2004 【5】冯辛安主编机械制造装备设计机械工业出版社 2005 【6】廖常初主编可编程序控制器应用技术重庆大学出版社 2002 【7】张继和、张润敏、梁海峰主编电机控制与供电基础西南交 在此处键入 通大学出版社 2000 【8】邱士安主编机电一体化技术西安电子科技大学出版社 2005 【9】田鸣主编机械技术基础机械工业出版社 2005 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕毕业设计（论文）评审表一业设计（论文）评审表一 （指导教师用） 班级： 姓名： 学号： 评价内容具 体 要 求分值评分 调查论证 能独立查阅文献和调研；能提出并较好地论述 课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获 取新知识的能力。 10 实验方案设计 与实验技能 能正确设计实验方案，独立进行实验工作。 20 分析与解决问 题的能力 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题； 能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析， 得出有价值的结论。 20 工作量、 工作态度 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度 较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务 实。 20 质 量 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分， 结构严谨合理；实验正确，分析处理科学；文 字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文 结果有应用价值。 20 创 新 工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破， 或有独特见解。 10 成 绩 100 指导教师评语： 在此处键入 指导教师签名： 年 月 日 注：各专业可根据自己的具体情况，制定出适合本专业的毕业设计（论文）的具体要 求和评分标准。 在此处键入 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）评审表二毕业设计（论文）评审表二 （评阅人用） 班级： 姓名： 学号： 评价内容具体要求分值评分 资料利用 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料 的能力和自己的见解。 15 论文质量 综述简练完整，有见解；立论正确，论述 充分，结果严谨合理；实验正确，分析处 理科学；文字通顺，技术用语准确，符号 统一，编号齐全，书写工整规范，图表完 备、整洁、正确；论文结果有应用价值。 50 工作量、难度工作量饱满，难度较大。 25 创 新 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10 成 绩 100 评阅人评语： 评阅人签名： 年 月 日 注：各专业可根据自己的具体情况，制定出适合本专业的毕业设计（论文）的具体要 求和评分标准。 在此处键入 在此处键入 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）答辩情况记录毕业设计（论文）答辩情况记录 （答辩委员会或答辩小组用） 班级： 姓名： 学号： 对学生回答问题的评语 答 辩 题 目 正确 基本正 确 经提示 回答 不正确未回答 答辩委员会（或小组）评语： 成绩： 答辩负责人签名： 年 月 日 在此处键入 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）总成绩评定表毕业设计（论文）总成绩评定表 班级姓名学号 设计（论文）题目 指导教师评分评阅人评分答辩评分总成绩 成 绩 系毕业设计（论文）领导小组审核意见： 小组组长签名： 年 月 日 注：毕业设计（论文）总成绩中，指导教师评分占 40%，评阅人评分占 20%，答辩评分 占 40%。 机械手的机械手的 PLC 控制控制 1 目录目录 摘摘 要要2 2 ABSTRACTABSTRACT3 3 第一章机械手机械结构第一章机械手机械结构4 4 11 传动机构 4 12 机械手夹持器和机座的结构 5 第二章可编程控制第二章可编程控制 PLCPLC 7 7 21 PLC 简介 7 22 PLC 内部原理 .8 23 PLC 的工作原理 10 24 PLC 机型的选择方法 13 25 机械手 PLC 选择及参数14 第三章第三章 三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构1717 31 三相异步电动机的结构.17 32 三相交流电机工作原理.21 33 三相电动机的转动原理.23 34 机械手电机的选用26 第四章第四章 变频器变频器2727 4.1 变频器的构成 27 4.2 变频器的分类和控制方式30 4.3 FR-A540 变频器 32 第五章第五章 机械手机械手 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计3636 51 机械手的工艺过程.36 52 PLC 控制系统 37 致谢致谢4343 参考文献参考文献4444 机械手的机械手的 PLC 控制控制 2 摘摘 要要 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化 的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等， 已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、 有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。 机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手 的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、 传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术 等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由 PLC 输出三路脉冲， 分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信 号传给 PLC 主机；位置信号由接近开关反馈给 PLC 主机，通过交流电机的正反转来控 制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机 械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业， 并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。工业机械手是近代自动控 制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物， 并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程 自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高 压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来 也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。 关键词：机械手关键词：机械手 PLC 交流电机交流电机 机械手的机械手的 PLC 控制控制 3 Abstract In modern industries, mechanization and automation of the production process has become a prominent theme. With the further development of industrial modernization, Automation has become the pillars of modern enterprises, no shop, no production line and so on, already. Meanwhile, production, there are a variety of production environments, such as high temperature, radiation, toxic gases, harmful gases, as well as underwater operations, these rugged production environments not conducive to manual operation. Manipulator robot system is the traditional task of implementing agencies, is one of the key parts of the robot. Robot mechanical structure using mechanical devices such as ball screw, slider, and composition; electric AC motors, frequency converters, sensors, and other electronics components. The device covers programmable control technology, positioning control technology, measuring technology, and is one of the typical instruments of electromechanical integration. Manipulator by PLC is introduced in this paper three pulse output, driving horizontal axis, vertical axis inverter, control robotic horizontal axis and vertical axis positioning, micro switches position signals to the PLC host position by proximity switches back to the PLC host by reversing of AC servo motors to control the robot gripper open, enabling precise movements of the manipulator function. This project intends to develop material handling robots can catch objects in the space, flexible jobs that can replace human in high temperatures and dangerous areas in the operations, and in accordance with the process of changes and movement of the workpiece requirements change parameters at any time. Industrial robot in modern times a new technology of automatic control in the field, is a combination of modern control theory and practice of industrial automation products and to become an important part of modern machinery manufacturing production system. Industrial manipulator is to improve the production process automation and improving working conditions, one of the most effective means of improving product quality and production efficiency. Especially in high temperature, high pressure, dust, noise and places contaminated with radioactivity and applied more widely. In China, also have very fast development in recent years, and achieved certain results, attention by the machinery industry and railway industries. Key Words: Manipulator PLC Inverter AC m 机械手的机械手的 PLC 控制控制 4 第一章第一章机械手机械结构机械手机械结构 11传动机构传动机构 1螺旋机构 螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成，其主要功能是将转动变换为直线运动，并同 时传递运动和动力，按螺旋副中的摩擦性质，螺旋机构可以分为滑动螺旋机构和滚动 螺旋机构两种类型。 螺旋机构具有结构简单，制造方便，传动平稳，无噪声易于自锁等优点。 2. 滑动螺旋机构 螺旋副内为滑动摩擦的的螺旋机构，称为滑动螺旋机构。滑动螺旋机构所用的螺 纹为传动性能好，效率高的矩形、梯形和锯齿形螺纹。 滑动螺旋机构由螺母和螺杆组成。根据机构的组成及运动方式，滑动螺旋机构又 分为以下两种。 （1） 由螺母和螺杆组成的滑动螺旋机构，螺母与机架固联，螺杆转动并移动（如图 1-1b 所示） ，这种螺旋机构以传递动力为主，故又称传力螺旋机构。一般要求用较小的 转矩产生较大的轴向力，多用在工作时间短，速度较低的场合。 （2） 由螺母、螺杆和机架组成的滑动螺旋机构，如图 1-1a 所示，螺杆转动，螺母移 动，这种螺旋机构以传递运动为主，故又称为传导螺旋机构。 本文所介绍的机械手的竖轴就是用的传导螺旋机构。这种传动形式结构紧凑，刚度较 大，传动效率高，精度高。 （a）螺杆转动，螺母移动 (b) 螺母固定，螺杆转动并移动 图 1-1 3滚动螺旋机构 螺旋副内为滚动摩擦的螺旋机构，称为滚动螺旋机构或滚珠丝杠。其机构特点是 机械手的机械手的 PLC 控制控制 5 在螺杆和螺母之间设有封闭循环滚道，并在其间放如刚球，当螺杆转动时，刚球沿螺 旋滚道滚动并带动螺母作直线运动。按循环方式的不同，分为外循环和内循环两种形 式。 滚珠始终在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环叫 内循环。滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环叫外循 环（如图 1-2 所示） 。外循环螺母只需设置一个反向器， 当滚珠进入反向器时，就被阻止而转弯，从返回通道 回到滚道的另一端，形成一个循环回路。 机械手的横向运动采用的便是滚动螺旋传动。滚动螺 旋机构摩擦阻力小，动作灵敏度高，传动效 率高，可达 90%以上。用调整的方法可消除间 隙，传动精度高。 图 1-2 第二章可编程控制第二章可编程控制 PLCPLC 21 PLC 简介简介 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地 得到了广泛应用。同时，PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、 控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增 加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的 PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、 过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品，PLC 在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发 展，世界范围内的 PLC 年增长率保持为 20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高 和 PLC 市场容量基数的不断扩大，近年来 PLC 在工业发达国家的增长速度放缓。但是， 在中国等发展中国家 PLC 的增长十分迅速。综合相关资料，2004 年全球 PLC 的销售 收入为 100 亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 PLC 只有开关 量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、 计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。 用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 PLC 的用户程序存储器 机械手的机械手的 PLC 控制控制 6 中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC 的 CPU 内 有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动 加 1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为 END 指令） ，然后 再返回起始步循环运算。PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不 同型号的 PLC，循环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间。PLC 用梯形图编程，在解算 逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K 逻辑程序不到 1 毫秒。它把所有 的输入都当成开关量来处理，16 位（也有 32 位的）为一个模拟量。大型 PLC 使用另 外一个 CPU 来完成模拟量的运算。把计算结果送给 PLC 的控制器。 相同 I/O 点数的系统，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大约能省 40%左右） 。 PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比 DCS 要低很多。 一个 PLC 的控制器，可以接收几千个 I/O 点（最多可达 8000 多个 I/O） 。如果被控对象 主要是设备连锁、回路很少，采用 PLC 较为合适。PLC 由于采用通用监控软件，在设 计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 22 PLC 内部原理内部原理 PLC 实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一 的。如图 2.1 所示， PLC 硬件的基本结构图所示： 编程器 中央处理单元 （CPU） 输入电路 输出 电路 系统程序存储区用户程序存储区 电 源 机械手的机械手的 PLC 控制控制 7 图 2-1 PLC 硬件的基本结构图 （1）中央处理单元（CPU） 中央处理单元（CPU）是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能， 接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器 的状态，并能检查用户程序的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接 受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区, 然后从用户程序存储器中逐 条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻 辑或算术运算等结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以 后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置， 如此循环运行，直到停止运行为止。 （2）存储器 与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。才能构成一台完整的 PLC。PLC 的软件分为两部分: 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统 程序存储器。 PLC 存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可寻址存储空间各 不相同，但是根据 PLC 的工作原理， 其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序 存储区，系统 RAM 存储区（包括 I/O 映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、 管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在 EPROM 中，用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该 PLC 的各项功能。 系统 RAM 存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备（例如：逻辑线圈、数据寄存器、 计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）存储区。 （A）I/O 映象区 由于 PLC 投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输 出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要有一定数量的存储 单元（RAM）以供存放 I/O 的状态和数据，这些存储单元称作 I/O 映象区。一个开关 量 I/O 占用存储单元中的一个位（bit）, 一个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字（16 个 bit)。因此，整个 I/O 映象区可看作由开关量的 I/O 映象区和模拟量的 I/O 映象区两 部分组成。 机械手的机械手的 PLC 控制控制 8 （B）系统软设备存储区 除了 I/O 映象区以外，系统 RAM 存储区还包括 PLC 内部各类软设备（逻辑线圈、 数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）的存储区。该存储区又分为 具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在 PLC 断电时，由内部的锂 电子供电。使这部分存储单元内的数据得以保留；后者当 PLC 停止运行时，将这部分 存储单元内的数据全部置“零” 。 C用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的 PLC 其存储容量各不相同， 一般来说，随着 PLC 机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的 PLC，其存储 容量可根据用户的需要而改变。 D常用的 I/O 分类 常用的 I/O 分类如下： 开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电 器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压型（0-10V,0-5V,-10- 10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 I/O 外，还有特殊 I/O 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管 理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 （3）PLC 电源 PLC 电源在整个系统中起着十分重要的作用。无论是小型的 PLC，还是中、大型 的 PLC，其电源的性能都是一样的，均能对 PLC 内部的所有器件提供一个稳定可靠的 直流电源。一般交流电压波动在正负 10%（15%）之间，因此可以直接将 PLC 接入到 交流电网上去。 可编程序控制器一般使用 220V 交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为 各模块内的元件提供直流电压。某些可编程序控制器可以为输入电路和少量的外部电 子检测装置（如接近开关）提供 24V 直流电源。驱动现场执行机构的电源一般由用户 提供。 可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统 机械手的机械手的 PLC 控制控制 9 电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名 称，如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电 器” ，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。 23 PLC 的工作原理的工作原理 可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN） 状态与停止（STOP）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户 程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入 信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停 机 或切换到 STOP 工作状态。 除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可如上图编程序控制器还要完成， 内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为 5 个阶段。可编程序控制器的这种周而 复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输 入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。 在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查 CPU 模块内部的硬件是否正常，将监 控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。 在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程 器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止（STOP）状态时， 只执行以上的操作。可编程序控制起处于（RUN）状态时，还要完成另外 3 个阶段的 操作。 在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的 状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序控制器梯形图中别 的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段， 可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入寄存器。 外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应 的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开，对应的输 入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接 通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态 也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读 入。 可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排 机械手的机械手的 PLC 控制控制 10 列。在没有跳转指令时，CPU 从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序，直到用 户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关 编程元件的 0/1 状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算结果写入到 对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外） 的内容随着程序的执行而变化。 在输出处理阶段，CPU 将输出映像寄存器的 0/1 状态传送到输出锁存器。体型图 某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出 模块隔离 和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开 触点闭合，使外部负载通电工作。 若梯形图中输出继电器线圈断电对应的输出映像寄存器为“0”状态，在输出处理 阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部 负载断电，停止工作。某一编程元件对应的映像寄存器为“1”状态时，称该编程元件 为 ON，映像寄存器为“0”状态时，称该编程元件为 OFF。 扫描周期可编程序控制器在 RUN 工作状态时，执行一次图 2.5.1a 所示的扫描操作所需 的时间称为扫描周期，其典型值为 1100ms。指令执行所需的时间与用户程序的长短、 指令的种类和 CPU 执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间 在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如 图 2.1c 所示。 第(N-1)个扫 描周期 输出刷新 第(N+1)个扫 描周期 输入采样 第 N 个扫描周期 输入采样输出刷新用户程序执行 图 2.1c PLC 的扫描运行方式 （1）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次读入所有的数据和状态它 们存入 I/O 映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化 I/O 映象区的相应单元的数据和状态 也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证 机械手的机械手的 PLC 控制控制 11 在任何情况下，该输入均能被读入。 （2）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 的 CPU 总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯 形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统 RAM 存 储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如： 算术运算、数据处理、数据传达等。 （3）输出刷新阶段 在输出刷新阶段，CPU 按照 I/O 映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存 电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是 PLC 真正的输出。 (4)输入/输出滞后时间 输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程序控制器的外部输入信号发生 变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入 电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。 24 机械手机械手PLC 选择及参数选择及参数 综合上述原则机械手控制系统主机为三菱的 FX2N-48MR。 1.主要技术数据如下： 工作电源：24VDC 输入点数：24 输出点数：24 输入信号类型：直流或开关量 输入电流：24VDC 5mA 模拟输入：-10V10V（-20mA+20mA） 输出晶体管允许电流 0.3A/点（1.2A/COM） 输出电压规格：30VDC 最大负载：9W 输出反应时间：OffOn 20s OnOff 30s 基本指令执行时间：数个 s 程序语言：指令+梯形图+SFC 程序容量：3792STEPS 机械手的机械手的 PLC 控制控制 12 基本顺序指令：32 个（含步进梯形指令） 串联通信口：程序写入/读出通讯口：RS232 一般功能通讯口：RS485 主机电源 220V AC 2.PLC 主机的组成 1、输入单元 输入单元由 8 个按扭、8 个开关和 16 个接插件组成，它们分别与 PLC 的 16 个输入 点相接。改变这些开关或按扭的通断状态，即可对主机输入所需要的开关量。16 个接 插件可外接其它直流或开关量输入信号。 2、输出单元 输出单元由 24 个二极管和 24 个接插件组成，它们分别与 PLC 的 24 个输出点相连。 发光二极管是否发光，即可表示输出点的状态，使用者可得到主机的输出信息。24 个 输出接插件可外接其它需要控制的设备。输出单元的 4 个地端，分别引出到面板，其 中只有 C4 与 3V 电源共地。 3、电源单元 PLC 主机左边有外接 220V/AV 的电源插座，作为 PLC 的工作电源。内装变压器， 输出 3V 电源，供二极管使用。另外 PLC 的 24VDC 和 24GND 已引出到面板，供外接 输入器件（如传感器）的工作电源用 机械手的机械手的 PLC 控制控制 13 第三章第三章 三相异步电动机三相异步电动机 31 机械手电机的选用机械手电机的选用 Y2 系列三相异步电动机具有结构新颖、造型美观、噪音低、振动小、绝缘等级高 等特点，产品现已达到九十年代国际先进水平，是 Y 系列电机的更新产品。外壳防护 等级 IP54，它具有良好的起动性能和运行性能，结构简单，工作可靠，维修方便等特 点，电机采用 E 级或 B 级绝缘，外壳防护等级为 IP44，冷却方式为 ICO141，额定频 率为 50Hz，额定电压为 380V。 竖轴驱动电机承载整个机械手的所有负载，需要功率较大，而机械手主要用于生产线 夹持较轻便物体，综合考虑，竖轴选用 Y2-63M2-2，功率 250W，可满足生产需要。 横轴主要驱动横臂的左右运动，承载重量较小，选用 Y2-63M1-2，功率 180W，即 可满足生产需要。 电动机 3 主要用来控制机械手抓的加紧和放松，所承载负载最小，因此可选用 Y2-63M1-4，功率 120W。 机械手的机械手的 PLC 控制控制 14 第四章第四章 机械手机械手 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 51 机械手的工艺过程机械手的工艺过程 了解设备概况 机械手的结构和各部分动作示意图，如图下图所示。机械手的工作均由电机驱动， 它的上升、下降、左移、右移都是有电机驱动螺纹丝杆旋转来完成的。 分析工艺过程 机械手的初始位置停在原点，按下启动后按扭后，机械手将下降加紧工件 上升右移再下降放松工件在上升左移八个动作，完成一个工 作周期。机械手的下降、上升、右移、左移等动作转换，是由相应的限位开关来控制 的，而加紧、放松动作的转换是有时间来控制的。 为了确保安全，机械手右移到位后，必须在右工作台上无工件时才能下降，若上 次搬到右工作台上的工件尚未移走，机械手应自动暂停，等待。为此设置了一个光电 开关，以检测“无工件”信号。 控制方面的要求 机械手的机械手的 PLC 控制控制 15 为了满足生产要求，机械手设置了手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方 式又分为单步、单周期和连续工作方式。 1）手动工作方式：利用按钮对机械手每一步动作进行控制。例如，按下“下降” 按钮，机械手下降；按下“上升”按钮，机械手上升。手动操作可用于调整工作位置 和紧急停车后机械手返回原点。 2）单步工作方式：从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按一次启动按钮， 机械手完成一步动作后自动停止。 3）单周期工作方式：按下启动按钮，机械手按工序自动自动完成一个周期的动作， 返回原点后停止。 4）连续工作方式：按下按钮，机械手从原点，按步序自动反复连续工作，在连续 工作方式下设置两种停车状态： 正常停车：在正常工作状态下停车。按下复位按钮，机械手在完成最后一个周期的 工作后，返回原点自动停机。 紧急停车：在发生事故或紧急状态时停车。按下紧急停车按钮，机械手停止在当前 状态。当故障排除后，需手动回到原点。 52 PLC 控制系统控制系统 1确定输入/输出点数并选择 PLC 型号 机械手的机械手的 PLC 控制控制 16 1）输入信号 位置检测信号：下限、上限、右限、左限共 4 个行程开关，需要 4 个输入端子。 “无工件检测”信号：用光电开关作检测元件，需要 1 个端子。 “工作方式”选择开关：有手动、单步、单周期和连续 4 种工作方式，需要 4 个输 如端子。 手动操作：需要有下降、上升、右移、左移、加紧、放松 6 个按钮，也需要 6 个输 入端子。 自动工作：尚需启动、正常停车、紧急停车 3 个按钮，也需要 3 个输入端子。以上 共需要 18 个输入信号。 2）输出信号 PLC 的输出用于控制机械手的下降、上升、右移、左移、加紧、放松以三个电动机 转速的控制等，共需要 11 个输出点。机械手从原点开始工作，需要一个原点指示灯， 也需要 1 个输出点。所以，至少需要 6 个输出点。 由于机械手的控制属于开关量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型号的小 型 PLC 均可满足要求。根据所需的 I/O 总点数并留有一定的备用量，可选用 FX2N